JP3707668B2

JP3707668B2 - 旋回クランプシリンダ

Info

Publication number: JP3707668B2
Application number: JP2000232581A
Authority: JP
Inventors: 光雄野田; 忠紀杉本
Original assignee: Howa Machinery Ltd
Current assignee: Howa Machinery Ltd
Priority date: 1999-10-13
Filing date: 2000-08-01
Publication date: 2005-10-19
Anticipated expiration: 2020-08-01
Also published as: JP2001182710A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、流体圧によりシリンダチューブ内のピストンが軸方向に移動されると、ピストンロッドが旋回する時には軸線方向移動を伴って、ピストンロッド先端に取付けたクランプアームが、ワークに対して旋回しつつ接近してクランプし、また、クランプ状態からは、ワークから旋回しつつ離れてアンクランプする旋回クランプシリンダに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、前記構成のクランプシリンダは、特公昭６２−５７３９号の第１図に示される。これによれば、ピストンロッドとピストンが一体になっており、ピストンロッドの旋回用の旋回用案内溝とロッドカバーに設けたガイドピンとが噛み合って、ピストンが流体圧で前後されることでピストンがピストンロッドごと旋回しつつ軸方向に移動するようになっている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
前記によれば、旋回用案内溝とガイドピンとの係合によりピストンロッドが旋回するとき、ピストンと一緒に旋回する。そのため、ピストン外周に装着したシリンダ孔との間をシールするシール部材（ピストンパッキン）による旋回抵抗が生じる。この旋回抵抗は、旋回中心（ピストン軸心）からの距離で大きさが決まるので、従来では、シリンダ孔内径（ピストン直径）に応じた大きさとなっており、その抵抗に抗するような旋回力を生じさせる大きな作動圧力によりピストンを軸方向動作させないとクランプシリンダが旋回動作しない問題があった。この発明の課題は、上記形式の旋回クランプシリンダにおいて、前記回転抵抗を小さくして、シリンダ動作圧力を小さくすることにある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
前記課題解決のため、本発明は、シリンダチューブの一端部をロッドカバーで塞ぎ、ロッドカバーからピストンに連結したピストンロッドが突出し、そのロッドカバーと一体に設けたガイド部材とピストンロッドに設けた旋回用案内溝とを係合させて、ピストンの移動によりピストンロッドが旋回運動するときには軸線方向移動を伴うようになっている旋回クランプシリンダにおいて、ピストンロッドにピストンを相対回動自在に嵌め込み、シリンダチューブのシリンダ孔に嵌まり込むガイド部材保持軸部を固定的に備え、ガイド部材保持軸部に設けた半径方向のガイド部材用収納孔にりん青銅から成る球受部材を埋設し、球受部材に旋回用案内溝に係合するガイド部材としての鋼球を転動案内するように回転自在に支持させて成ることを特徴とする（請求項１）。
また、本発明は、ピストンロッド後部に細径の取付軸部を形成して段部を形成し、その取付軸部にピストンの中心孔を嵌め込み、ピストンの軸方向後方への抜け止めを行う抜止部材を前記ピストンの軸方向後方で取付軸部に取付け、ピストン取付け状態では、ピストンが前記抜止部材と段部との間で軸方向隙間をもって挟まれてピストンとピストンロッドが相対回動自在に嵌め込まれていることを特徴とする（請求項２）。
【０００５】
【発明の実施の形態】
図１において、１はシリンダチューブでアルミ押し出し又は冷間引き抜きの型材から成り、その周壁１ａ外周には、チューブ軸線方向にセンサ取付け溝２が形成され、また、周壁１ａには、チューブ軸線方向に貫通して、複数のボルト貫通孔３が形成されていると共に流体通過孔（片側配管用の軸方向孔）４ａ，４ｂが形成された断面を有する。シリンダチューブのシリンダ孔５は、チューブ外形がアルミ押し出しで形成されている場合でも、冷間引き抜き加工で形成されている。冷間引き抜き加工によりシリンダ孔５が形成されているため、寸法精度が大変良い。そのため、これまでのように鉄系材料（非磁性材料であればステンレス鋼等）で削り出して加工する必要がなく、また、アルミ押し出しでシリンダ孔を形成した場合と比較すると、冷間引き抜き加工したものは切削などの加工が全く不要で安価に生産できる。また、周壁１ａ外周には、センサ取付け溝２のほか、比較的広い幅で浅い溝６が円周方向に複数形成されている。このように周壁１ａに浅い溝６をいくつか設けておくことで、シリンダチューブ１を作業者が握ったときに一種の滑り止め効果が期待でき、また、最外周面の面積が小さくなって傷が付きにくくなり外観が向上する。
【０００６】
７はガイド部材用保持部材で、シリンダチューブ１の外径と同じ外径のフランジ部８と、そのフランジ部８の背面９から軸線後方（図１では下方）へ突出し、シリンダ孔５内部へ大きく入りこむ嵌入軸部としてのガイド部材保持軸部１０と、前面側（図１では上面側）の浅い嵌め込み孔１１を備えている。ガイド部材用保持部材７には、シリンダチューブ１のボルト貫通孔３に対応してボルト貫通孔１２が設けてあり、また、組み付け状態においてロッドカバー１３の後述の第１連通孔２２ａと前側シリンダ室Ｐ１とを連通する連通路１４と、シリンダチューブ１の一方の流体連通路４ｂとロッドカバー１３の第２連通孔２２ｂとを連通する連絡流路１５が形成してある。
【０００７】
ロッドカバー１３は、ピストンロッドが摺動孔１６内を摺動するので、耐摩耗性の高い鉄系材料、例えばダクタイル鋳鉄でパーライト系の材質から成る。ロッドカバー１３は、外形がシリンダチューブ１の外形よりさらにチューブ半径方向の外側に広がった略矩形を成し、その背面１７から前記前記嵌め込み孔１１に嵌入される短い嵌入軸部１８が突出している。ロッドカバー１３の前記嵌入軸部１８とガイド部材用保持部材７のガイド部材保持軸部１０との直径は同一径に設定されている。背面１７において、前記ガイド部材用保持部材７のフランジ部８の前端面（上端面）と対向する部分がシール面１９となっている。背面１７のシール面１９の外側は、機械ベースなど固定側部材への取付け面２０となっている。シール面１９と取付け面２０とは同一平面を形成している。
【０００８】
ロッドカバー１３には、その側面１３ａに一対の側面配管ポート２１ａ，２１ｂが設けてある。一方の側面配管ポート２１ａは、嵌入軸部１８の後端面（図１では、下端面）に開口する第１連通路２２ａに連通している。他方の側面配管ポート２１ｂはシール面１９に開口する第２連通路２２ｂに連通している。また、取付け面２０には、各側面配管ポート２１ａ，２１ｂに連通する端面配管ポート２３ａ，２３ｂが開口している。ロッドカバー１３の背面１７には、さらに前記シリンダチューブ１のボルト貫通孔３と対向して所定深さの有底のめねじ孔２４が形成されている。ロッドカバー１３には、機械ベースなどの固定側部材への取付けボルト用のボルト孔２６が貫通して設けてある。なお、本実施形態では流体通過孔４ａは使用していない。
【０００９】
シリンダチューブ１の後端（図１では下端）を塞ぐヘッドカバー２７は、前記センサ取付け溝２と対応してセンサ１１０を出し入れするためのセンサ挿通溝２８と、ボルト貫通孔３に対応するボルト孔２９が断面として形成されているアルミの引き抜き型材から構成され、その型材を必要厚さ（必要軸線方向長さ）に切断し、その切断部材を加工して、シリンダ孔５に嵌まり込む短い嵌入軸部３０と、ピストンロッドの後端部が入りこむ逃げ孔３１と、後側シリンダ室Ｐ２と前記流体通過孔４ｂとを連通させる連絡溝３２と、前記ボルト孔２９入り口の座ぐり孔３３が形成されている。ヘッドカバー２７の背面（シリンダチューブ１に対向する面）はすべてシール面３４になっており、前記連絡溝３２は嵌入軸部３０からシール面３４にかけて設けてある。
【００１０】
ロッドカバー１３の背面１７と前記ガイド部材用保持部材７との間、ガイド部材用保持部材７とシリンダチューブ１の前端面（上端面）の間、及び、ヘッドカバー２７とシリンダチューブ１の後端面（下端面）との間には、シール材として薄い板状のガスケット３５，３６，３７が夫々介在される。ガスケット３５〜３７は、弾性を有するゴム材料等から成るシール板の間に薄い金属板（アルミ、あるいは鋼板）を挟んで成る。図６に示すように、ヘッドカバー２７とシリンダチューブ１との間のガスケット３７は、前記センサ挿通溝２８、ボルト孔２９、及び連絡溝３２に対応する部分２８Ｅ，２９Ｅ，３２Ｅが切りかかれており、嵌入軸部３０の外側に嵌め込まれる。一方、ロッドカバー１３とガイド部材用保持部材７との間のガスケット３５は、図５に示すように、めねじ孔２４、第２連通路２２ｂ、端面配管ポート２３ａ，２３ｂ、及び、ボルト孔２６に対応する部分２４Ｅ，２２ｂＥ、２３ａＥ、２３ｂＥ、２６Ｅが切り欠かれており、嵌入軸部１８の外側に嵌め込まれて、シール面１９のみならず、その外側の取付け面２０全体に広がる大きさになっている。また、ガイド部材用保持部材７とシリンダチューブ１の前端面との間のガスケット３６は、図７に示すように、前記ボルト貫通孔１２、連絡流路１５に対応する部分が切り欠かれている。
ロッドカバー１３、ガイド部材用保持部材７、シリンダチューブ１、ヘッドカバー２７は、これらのガスケット３５，３６，３７を挟んでヘッドカバー２７のボルト孔２９から４本の締結ボルト３８を通し、締結ボルト３８は、シリンダチューブ１とガイド部材用保持部材７のボルト貫通孔３、１２を通って、先端のおねじ部がロッドカバー１３のめねじ孔２４にねじ込まれて一体に共締めされてシリンダ本体が構成され、共締めされる各部材１３，７，１，２７間は夫々ガスケット３５，３６，３７でシールされる。
【００１１】
ピストンロッド４０はガイド部材用保持部材７とロッドカバー１３の摺動孔１０ａ、１６を貫通して前方へ突出し、突出部にはクランプアーム４１が一体に設けてある。ピストンロッド４０の後部は細径の取付軸部４２に形成され、この取付軸部４２には、シリンダ孔５内を摺動するピストン４３の中心孔４３ａが回動可能に嵌め込んである。取付軸部４２の軸線方向後側（図では下側）には、磁石保持部材４４がピストン４３との間に環状永久磁石４５を挟んで回動可能に嵌め込まれ、その後方から締め付けボルト４６でピストン４３と磁石保持部材４４とを前記取付軸部４２の段部４７との間で挟んでいる。締め付け状態で締め付けボルト４６の座金（抜止部材）４８の前端面４８ａは取付軸部４２の後端面（下端面）に圧接していて、ピストン４３と磁石保持部材４４とを取付軸部４２の段部４７との間で挟持しておらず、ピストン４３と磁石保持部材４４は取付軸部４２に嵌められた状態で、段部４７と座金４８との間に軸方向に僅かな隙間をもっている。そのため、ピストン４３、磁石保持部材４４とピストンロッド４０とは相対回転できる。取付軸部４２とピストン中心孔４３ａとの間には、シール部材（Ｏリング）４９が介在される。
【００１２】
ピストンロッド４０の外周には、図８に展開図で示されるように、断面が半円弧で、直進溝５１と旋回溝５２とからなる旋回用案内溝５０が形成されている。前記ガイド部材用保持部材７のガイド部材保持軸部１０には半径方向にガイド部材用収容孔５３が設けてあり、その収容孔５３には、りん青銅から成り、前記旋回用案内溝５０に係合するガイド部材としての鋼球５４を回転自在に支持する球受部材５５が埋設してある。旋回用案内溝５０は、ピストン４３が後退端（図１）から前進端へ移動すると、鋼球５４との係合でクランプアーム（ピストンロッド）４１が僅かに前進（上昇）した後、クランプ角度位置Ａからアンクランプ角度位置Ｂ（図３参照）に軸線移動しつつ旋回してアンクランプ角度位置Ｂで僅かに前進（上昇）し、逆に前進端から後退端へ移動すると、アンクランプ角度位置Ｂで僅かに直進下降した後、アンクランプ角度位置Ｂからクランプ角度位置Ａに軸線移動しつつ旋回してクランプ角度位置Ａで僅かに直進下降するように形成されている。
【００１３】
シリンダチューブ１と、及び前後のカバー１３，２７とをヘッドカバー２７側からの締結ボルト３８で共締めしたので、締結ボルト３８の数が少なくてすむ上に、ロッドカバー１３の前面にめねじ孔２４が貫通していないので、ロッドカバー１３を上向きとなるように使用したとき、加工により生じる切粉がめねじ孔２４に入りこまない。また、締結ボルト３８はシリンダチューブ１やガイド部材用保持部材７のボルト貫通孔３、１２を通って、外部から見えないので、シリンダ装置の外観がよい。また、シリンダチューブ１をアルミ型材として、締結ボルト３８をヘッドカバー２７側からロッドカバー１３側へ貫通させるためのボルト貫通孔３がシリンダチューブ１の周壁に予め断面形状の一部として設けてあるため、シリンダチューブ１にボルト貫通孔３を別途加工する必要が無く、シリンダチューブ１は、型材を必要長さに切断することで直ちに得ることが出来、加工が容易である。また、ヘッドカバー２７も、センサ挿通溝２８や、ボルト孔２９を断面形状として有するアルミ型材を母材として、必要部分に追加加工をしているだけなので、加工が容易である。
【００１４】
このようなクランプシリンダは、機械や治具ベースなどの固定側部材１００にロッドカバー１３のボルト孔２６を利用して取付けボルト１０１で締め付けられる。この時、ロッドカバー１３の取付け面２０に、シール材を兼ねるガスケット３５が広がっているので、固定側部材１００との間にも前記ガスケット３５が挟持される。従って、クランプシリンダでワークやパレットをクランプし、工作機械によりワークを加工するときに、クランプシリンダに振動が作用しても、ガスケット３５の弾性により、取付けボルト１０１の弛みが防止され、クランプ作用が確実である。また、ガスケット１０１が取付け面１７に設けてある端面配管ポート２３ａ，２３ｂと固定側部材１００との間をシールするため、従来のようにシールのために小さなＯリングが不要である。なお、端面配管ポート２３ａ，２３ｂに配管部材を接続するとき、あるいは、固定側部材１００の上面に開口する配管口を接続するときには、側面配管ポート２１ａ，２１ｂは埋栓で塞ぐが、この時には、前記ガスケット３５が端面配管ポート２３ａ，２３ｂと配管部材あるいは配管口との間のシールを兼用する。
【００１５】
次に動作を説明する。端面配管ポート２３ａ，２３ｂは固定側部材１００で塞がれ、側面配管ポート２１ａ，２１ｂから圧流体を給排するものとする。クランプ状態（図１）において、ポート２１ｂ，第２連通路２２ｂ、連絡流路１５、流体通過孔４ｂ、連絡溝３２を介して後側シリンダ室Ｐ２に流体が供給されると、鋼球５４と旋回用案内溝５０との係合でクランプアーム４１は少し上昇した後、クランプ角度位置Ａからアンクランプ角度位置Ｂへ軸方向移動しつつ旋回し、アンクランプ角度位置Ｂで少し上昇する。また、アンクランプ状態でポート２１ａ、第１連通路２２ａ、連通路１４を介して前側シリンダ室Ｐ１に流体を供給すると、前記と逆に動作する。これらの旋回動作中、鋼球５４がりん青銅の球受部材５５で転動案内されているので、旋回用案内溝５０内を転動するとき、転動抵抗が極めて小さく、ピストン４３を移動させる流体の作動圧力を小さくできる。また、ピストン４３に対してピストンロッド４０を旋回自在に装着したので、ピストンロッド４０が旋回用案内溝５０と鋼球５４との係合で旋回するときには、ピストンロッド４０の軸心との距離の関係で、ピストン４３とシリンダ孔５との間の回転に対するシール部材（ピストンパッキン）４９ａによる抵抗の方が、取付軸部４２とピストン４３との間の回転に対するシール部材４９による抵抗より大きいため、取付軸部４２とピストン４３との間で相対回転を生じることとなり、ピストン４３は旋回することなく直進する。そのため、従来のように、ピストン４３とピストンロッド４０とが一体で回転するものと比べて、小さな推力でピストンロッド４０が旋回できる。
【００１６】
クランプアーム４１がワークＷをクランプしている時、および、クランプアーム４１がアンクランプ状態にある時のピストン４３の磁石４５の位置に対応して磁気感応センサ１１０が前記シリンダチューブ１外側のセンサ取付け溝２に埋設してあり、クランプアーム４１が前記クランプ角度位置ＡでワークＷをクランプしている状態（図１）、および、クランプアーム４１がアンクランプ角度位置Ｂにある状態となったことがそれらの磁気感応センサ１１０により検出される。ピストンロッド４３には鉄系材料から成るロッドカバー１３から軸線方向に離れた位置に磁石４５が取付けてあるので、ロッドカバー１３によって磁石４５の外部への磁界が弱められないため、磁気感応センサ１１０を確実に作動させることができる。
【００１７】
【発明の効果】
以上のように本発明では、ピストンロッドにピストンを相対回動自在に嵌め込んでいるので、ピストン軸心からの距離の関係により、距離の短い、取付軸部とピストン中心孔との間でピストンロッドがピストンに対して回動し、ピストンロッドに生じる旋回抵抗は、ピストン外周が旋回していた従来にくらべ小さくなるため、ピストンロッドを旋回させるためのピストンの動作圧力を小さくでき、しかも、シリンダ孔に嵌まり込むガイド部材保持軸部を備え、ガイド部材保持軸部に設けた半径方向のガイド部材用収納孔にりん青銅から成る球受部材を埋設し、球受部材に旋回用案内溝に係合するガイド部材としての鋼球を転動案内するように回転自在に支持させているので、転動抵抗が極めて小さくなってガイド部材のガイド抵抗も転動により小さくなり、シリンダ動作圧力を一層小さくできる。また、本発明では、ピストンロッド後部に細径の取付軸部を形成して段部を形成し、その取付軸部にピストンの中心孔を嵌め込み、ピストンの軸方向後方への抜け止めを行う抜止部材をピストンの軸方向後方で取付軸部に取付けてピストンを抜止部材と段部との間で軸方向隙間をもって挟んでいるので、軸方向隙間を容易に管理できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本願クランプシリンダの縦断面図である。
【図２】図１のＩＩ−ＩＩ線拡大断面図である。
【図３】図１の平面図である。
【図４】図１のＩＶ視図である。
【図５】ロッドカバー側のガスケットを、シール面、取付け面と共に示す図である。
【図６】ヘッドカバー側のガスケットを示す図である。
【図７】ガイド部材用保持部材のガスケットを示す図である。
【図８】旋回用案内溝を示す展開図である。
【符号の説明】
１シリンダチューブ
５シリンダ孔
１３ロッドカバー
４０ピストンロッド
４２取付軸部
４３ａピストン中心孔
４６ａ座金（抜止部材）
４７段部
４９シール部材
４９ａシール部材
５０旋回用案内溝
５４鋼球（ガイド部材）

Claims

シリンダチューブの一端部をロッドカバーで塞ぎ、ロッドカバーからピストンに連結したピストンロッドが突出し、そのロッドカバーと一体に設けたガイド部材とピストンロッドに設けた旋回用案内溝とを係合させて、ピストンの移動によりピストンロッドが旋回運動するときには軸線方向移動を伴うようになっている旋回クランプシリンダにおいて、ピストンロッドにピストンを相対回動自在に嵌め込み、シリンダチューブのシリンダ孔に嵌まり込むガイド部材保持軸部を固定的に備え、ガイド部材保持軸部に設けた半径方向のガイド部材用収納孔にりん青銅から成る球受部材を埋設し、球受部材に旋回用案内溝に係合するガイド部材としての鋼球を転動案内するように回転自在に支持させて成ることを特徴とする旋回クランプシリンダ。
ピストンロッド後部に細径の取付軸部を形成して段部を形成し、その取付軸部にピストンの中心孔を嵌め込み、ピストンの軸方向後方への抜け止めを行う抜止部材を前記ピストンの軸方向後方で取付軸部に取付け、ピストン取付け状態では、ピストンが前記抜止部材と段部との間で軸方向隙間をもって挟まれてピストンとピストンロッドが相対回動自在に嵌め込まれていることを特徴とする請求項１記載の旋回クランプシリンダ。